你有沒有想過，未來的機器人能像寵物狗一樣，靠 “嘴巴觸摸” 感知世界？清華大學、深圳大學等團隊最近研發出一款仿生機械發光視覺觸覺傳感器，靈感居然來自犬齒的咬合機制 —— 只要受力就會發光，普通相機就能捕捉信號，還能讓四足機器人精準識別推、拉、旋轉等 8 種互動動作，準確率高達 92.68%。這項以“A Bio-Inspired Event-Driven Mechanoluminescent Visuotactile Sensor for Intelligent Interactions”為名發表在《Advanced Functional Materials》的研究，讓機器的 “觸覺感知” 變得更像生物，也更聰明。
研究成果
1. 仿生材料與結構設計：兼顧高靈敏與高耐用
研發團隊以犬齒咬合生物力學為靈感，構建了 “桿狀陣列機械發光（ML）彈性體” 傳感器核心結構：選用 Sorta-clear 37（SC37）彈性體作為基底，摻雜 ZnS:Cu 機械發光粉末（無需預激發，受力即可自恢復發光），解決傳統傳感器 “耐用性與靈敏度難以兼顧” 的問題。其中，SC37 彈性體展現出 196% 的拉伸率與 23.9 MPa 的抗拉強度，遠超傳統 PDMS（63.1% 拉伸率、19.4 MPa 抗拉強度），經 2000 次循環測試后發光強度波動僅 6.92%；當 ZnS:Cu 含量達 60 wt% 時，發光強度與 0-16 N 外力呈完美線性關系（R2=0.97），實現精準力感知。同時，設計 5×5 桿狀陣列（單桿高 9 mm、直徑 5 mm），通過 “壓力集中效應” 將受力靈敏度提升 21.8 倍，且增大接觸面積，可無損抓取軟物體，模擬犬齒 “溫柔叼取” 的生物特性。
2. 事件驅動感知與算法優化：低耗高效的信號解析
創新采用 “機械發光 - 視覺捕捉” 的事件驅動機制：僅當傳感器受機械應力時，ZnS:Cu 才發射綠光，普通幀相機（DeHong IMX415，30 FPS）僅捕捉發光信號，避免傳統傳感器 “持續采樣導致的數據冗余”；搭配遮光層（含 2 wt% Silc pig 黑色顏料）可屏蔽 99.9% 的 400-850 nm 環境光，確保復雜光照下信號穩定。同時開發動態發光定位映射算法（DLLM），通過 “全局 - 局部雙閾值過濾” 定位發光區域，計算發光質心的徑向距離與方向，結合卷積神經網絡（CNN）實現 8 種互動動作（推、拉、旋轉等）分類，平均準確率達 92.68%， angular measurement error（角度測量誤差）僅 ±3.41°。
3. 系統集成與應用驗證：四足機器人的智能交互升級
將傳感器集成于 “機械發光自主視覺觸覺交互夾爪（MAVIG）”，作為四足機器人（Unitree GO1）的口腔接口，實現輕量化與高效交互：MAVIG 系統響應時間＜0.7 s，可通過觸覺指令（如 “順時針旋轉” 對應機器人左轉、“滑動” 對應前進）引導機器人完成導航任務，簡化控制邏輯的同時提升空間適應性；在交互分類任務中，將 8 類動作優化為 4 類（滑動、推 / 拉、順時針旋轉、逆時針旋轉），準確率進一步提升至 97.37%，驗證了其在人機交互中的實用性。
圖文導讀
未來展望
1. 結構與材料創新：適配更多交互場景
計劃開發不規則形狀 / 排列的 ML 桿陣列，突破現有 5×5 規整陣列的局限，以適配非對稱、復雜曲面的觸覺感知需求（如機器人手指關節、人體器官模型表面）；同時探索更優生物質基彈性體與 ML 材料組合，進一步提升生物兼容性與可持續性，為植入式醫療傳感奠定基礎。
2. 多領域應用延伸：從機器人到可穿戴 / 醫療
在機器人領域，將 MAVIG 系統拓展至工業機械臂，實現精密裝配（如電子元件抓取）；在可穿戴設備領域，開發超薄傳感器貼片，用于脈搏、肌肉張力等生理信號監測；在醫療領域，優化生物兼容配方，探索其在微創外科手術中 “器官表面壓力監測” 的應用，解決傳統傳感器 “植入后易干擾組織” 的問題。
3. 算法與系統升級：提升智能化與集成度
進一步優化 DLLM 算法，縮短信號處理延遲，探索 “多傳感器協同感知”（如結合溫度、濕度傳感），構建更全面的環境交互網絡；同時研發自動化 ML 傳感器制造設備，解決當前手動澆筑的規模化難題，推動技術從實驗室走向量產應用。